windows - x86 32 位汇编代码是否有效 x86 64 位汇编代码？

Question

Is all x86 32-bit assembly code valid x86 64-bit assembly code?

我想知道 32 位汇编代码是否是 64 位汇编代码的子集，即每个 32 位汇编代码都可以在 64 位环境中运行？

我想答案是肯定的，因为 64 位 Windows 能够执行 32 位程序，但后来我看到 64 位处理器支持 32 位兼容模式？

如果不是，请提供一个不是有效 64 位汇编代码的 32 位汇编代码的小例子，并解释 64 位处理器如何执行 32 位汇编代码。

Answer 1

现代 x86 CPU 具有三种主要操作模式(此描述已简化):

在实模式下，CPU 在禁用分页和分段的情况下执行 16 位代码。代码中的内存地址是指物理地址，段寄存器的内容被移位并添加到地址中以形成有效地址。

在保护模式下，CPU 根据 CS(代码段)寄存器中的段选择器执行 16 位或 32 位代码。启用分段，可以(通常是)启用分页。程序可以通过跳转到适当的段来在 16 位和 32 位代码之间切换。 CPU 可以进入子模式虚拟 8086 模式以从 protected 模式操作系统内部模拟单个进程的实模式。

在长模式下，CPU 执行 64 位代码。大多数情况下禁用分段，启用分页。 CPU 可以进入子模式兼容模式以从为长模式编写的操作系统内执行 16 位和 32 位保护模式代码。兼容模式是通过远跳转到具有适当位设置的 CS 选择器来进入的。虚拟 8086 模式不可用。

维基百科有一个不错的表 x86-64 operating modes包括传统模式和实模式，以及长模式的所有 3 个子模式。在主流的 x86-64 操作系统下，启动后 CPU 内核将始终处于长模式，根据 32 位或 64 位用户空间在不同的子模式之间切换。 (不包括系统管理模式中断......)

现在 16 位、32 位和 64 位模式有什么区别？
16 位和 32 位模式基本上是一样的，除了以下区别:

在 16 位模式下，默认地址和操作数宽度为 16 位。您可以分别使用 0x67 和 0x66 前缀将这些更改为单个指令的 32 位。在 32 位模式下，情况正好相反。

在 16 位模式下，指令指针被截断为 16 位，跳转到高于 65536 的地址会导致奇怪的结果。

VEX/EVEX 编码指令(包括 AVX、AVX2、BMI、BMI2 和 AVX512 指令集的指令)不会在真实或虚拟 8086 模式下解码(尽管它们在 16 位保护模式下可用)。

16 位模式比 32 位模式具有更少的寻址模式，但如果需要，可以在每条指令的基础上覆盖到 32 位寻址模式。

现在，64 位模式有些不同。大多数指令的行为就像在 32 位模式下一样，但有以下区别:

还有八个名为 r8、r9、...、r15 的附加寄存器。每个寄存器都可以用作字节、字、双字或 qword 寄存器。 REX 前缀系列(0x40 到 0x4f)对操作数是指旧寄存器还是新寄存器进行编码。八个额外的 SSE/AVX 寄存器 xmm8、xmm9、...、xmm15 也可用。

您只能推送/弹出 64 位和 16 位数量(尽管您不应该执行后者)，不能推送/弹出 32 位数量。

单字节 inc reg和 dec reg指令不可用，它们的指令空间已重新用于 REX 前缀。两字节 inc r/m和 dec r/m仍然可用，所以 inc reg和 dec reg仍然可以编码。

存在一种新的指令指针相对寻址模式，使用 32 位模式必须使用的 2 种冗余方式中较短的一种来编码 [disp32]绝对地址。

默认地址宽度为 64 位，可以通过 0x67 前缀选择 32 位地址宽度。 16 位寻址不可用。

默认操作数宽度为 32 位。可以通过 0x66 前缀选择 16 位宽度，可以通过适当的 REX 前缀选择 64 位宽度，而与您使用的寄存器无关。

无法使用 ah , bh , ch , 和 dh在需要 REX 前缀的指令中。 REX 前缀导致这些寄存器编号改为表示寄存器的低 8 位 si , di , sp , 和 bp .

写入 64 位寄存器的低 32 位会清除高 32 位，避免乱序 exec 的错误依赖。 (写入 8 位或 16 位部分寄存器仍然与 64 位旧值合并。)

由于分段不起作用，除 fs 外，分段覆盖是无意义的无操作和 gs覆盖 (0x64, 0x65) 用于支持线程本地存储 (TLS)。

此外，许多专门处理分段的指令不可用。它们是:push/pop seg (除了 push/pop fs/gs )，arpl , call far (只有 0xff 编码有效)，les , lds , jmp far (只有 0xff 编码有效)，

处理十进制算术的指令不可用，它们是:daa , das , aaa , aas , aam , aad ,

此外，以下说明不可用:bound (很少使用)，pusha/popa (不适用于附加寄存器)，salc (未记录)，

0x80 的 0x82 指令别名无效。

在早期的 amd64 CPU 上，lahf和 sahf不可用。

这基本上就是全部!